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JP2011244660A - Switching power supply circuit and recording device - Google Patents

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JP2011244660A
JP2011244660A JP2010116696A JP2010116696A JP2011244660A JP 2011244660 A JP2011244660 A JP 2011244660A JP 2010116696 A JP2010116696 A JP 2010116696A JP 2010116696 A JP2010116696 A JP 2010116696A JP 2011244660 A JP2011244660 A JP 2011244660A
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JP
Japan
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voltage
power supply
circuit
input
amplifier
Prior art date
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JP2010116696A
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Inventor
Yoshiaki Takayanagi
義章 高柳
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

【課題】簡単な構成で、商用電源からの入力電圧に依存することなく、過電力や過電流保護動作点をほぼ一様に制御可能なスイッチング電源とこれを用いた記録装置を提供することである。
【解決手段】電圧の異なる交流の商用電源を入力して整流し、1次側に整流された交流電圧を入力して直流電圧に変換し、2次側から直流電圧を出力するトランスを備えたスイッチング電源回路において、次の構成を備える。トランスの1次側に直列に接続され、1次側への交流電圧の入力を制御するスイッチング素子と、そのスイッチング素子に直列に接続され、トランスの1次側の電圧を検出する検出回路とを備える。さらに、検出された電圧に従って利得が変化し、その利得に従って、検出された電圧を増幅し、その増幅出力された電圧に従って、スイッチング素子のオンオフを制御する。
【選択図】 図3
To provide a switching power supply capable of almost uniformly controlling an overpower and overcurrent protection operating point with a simple configuration and not depending on an input voltage from a commercial power supply, and a recording apparatus using the same. is there.
There is provided a transformer that inputs and rectifies an AC commercial power supply having a different voltage, inputs the AC voltage rectified on the primary side, converts the AC voltage to a DC voltage, and outputs the DC voltage from the secondary side. The switching power supply circuit has the following configuration. A switching element connected in series to the primary side of the transformer and controlling the input of AC voltage to the primary side, and a detection circuit connected in series to the switching element and detecting the voltage on the primary side of the transformer Prepare. Further, the gain changes according to the detected voltage, the detected voltage is amplified according to the gain, and the on / off of the switching element is controlled according to the amplified output voltage.
[Selection] Figure 3

Description

本発明はスイッチング電源回路及びその電源を用いた記録装置に関し、特に、過電力保護回路を備え、入力電圧の違いによる過電力保護動作点の差異を補正することが可能なスイッチング電源回路及びその電源を用いた記録装置に関する。   The present invention relates to a switching power supply circuit and a recording apparatus using the power supply, and more particularly to a switching power supply circuit that includes an overpower protection circuit and can correct a difference in overpower protection operating point due to a difference in input voltage. The present invention relates to a recording apparatus using the.

商用交流電源から安定した直流電圧を生成するためのスイッチング電源回路は、今日数多くの家電製品や事務機製品で使用されている。こうしたスイッチング電源回路は一般に、市販の制御ICを用いて設計されており、これらの多くは過電力保護機能あるいは過電流保護機能を内蔵している。しかしながら、こうした機能には技術的な妥協点が多い。例えば、入力電圧の違い、例えば、入力電圧がAC100Vの時とAC200V(欧州、豪州地域など一般にAC230V)の時とで、保護動作点に大きな差異が生じ、安全性に影響するといった欠点がある。   A switching power supply circuit for generating a stable DC voltage from a commercial AC power supply is used in many home appliances and office machine products today. Such switching power supply circuits are generally designed using commercially available control ICs, and many of them incorporate an overpower protection function or an overcurrent protection function. However, these features have many technical compromises. For example, there is a drawback that a difference in input voltage, for example, when the input voltage is AC100V and AC200V (generally AC230V in Europe, Australia, etc.) causes a large difference in the protection operation point, which affects safety.

一般には、入力電圧がAC200Vの時の保護動作点は、AC100Vの時のそれと比較して、過大となる傾向がある。その理由として、典型的には、(1)制御ICによる過電流検出時点から実際の保護動作に至る時間遅延、(2)連続伝導モードの場合の正確な電力シミュレーションの実現困難性などに起因する。以下、こうした理由に関し詳細に説明する。   In general, the protection operating point when the input voltage is 200 VAC tends to be excessive compared to that when the input voltage is 100 VAC. The reasons are typically due to (1) the time delay from the overcurrent detection time by the control IC to the actual protection operation, and (2) difficulty in realizing an accurate power simulation in the continuous conduction mode. . Hereinafter, these reasons will be described in detail.

最初に、一般に消費電力が60〜80W程度のスイッチング電源回路の場合、コスト優位性の観点から、フライバック方式が採用されるケースが多い。   First, in the case of a switching power supply circuit generally having a power consumption of about 60 to 80 W, a flyback method is often employed from the viewpoint of cost advantage.

図8はフライバック方式の電源回路の基本構成を示す図である。この構成では、トランジスタTr1がオン状態でトランスの1次側巻線に電力が蓄えられ、Tr1がオフとなるとトランスの2次側巻線に電流が流れる。そして、トランス内に蓄えられていたエネルギーが出力側(Vo)に放出される。このサイクルを繰り返すことにより安定した直流電力を供給する。 FIG. 8 is a diagram showing a basic configuration of a flyback power supply circuit. In this configuration, power is stored in the primary winding of the transformer when the transistor Tr 1 is on, and current flows through the secondary winding of the transformer when Tr 1 is off. Then, the energy stored in the transformer is released to the output side (Vo). Stable DC power is supplied by repeating this cycle.

図9は、図8に示したフライバック方式の電源回路において、トランスの1次側巻線に流れる電流、従って、スイッチング素子として動作するトランジスタTr1に流れる電流を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing the current flowing through the primary winding of the transformer, and hence the current flowing through the transistor Tr 1 operating as a switching element, in the flyback power supply circuit shown in FIG.

図9において、(a)はスイッチング電源回路及びその電源を用いた記録装置が軽負荷の場合であり、(b)は重負荷の場合を示す。フライバック方式では、ある特定の電力負荷までは、図9(a)に示すように不連続伝導モード(Discontinuous Conduction Mode)という称されるモードで動作する。しかしながら、その電力を超えると、図9(b)に示すように連続伝導モード(Continuous Conduction Mode)で動作する。図9(a)に示す不連続伝導モードでは、スイッチング素子に流れる電流はオン期間(Ton)の間にゼロ点から徐々に増加する。そして、ピーク点に達した後オフし、オフ期間中はゼロレベルとなる。なお、この電流(I)の波形は式(1)で表され、入力電圧に比例する。   In FIG. 9, (a) shows the case where the switching power supply circuit and the recording apparatus using the power supply have a light load, and (b) shows the case of a heavy load. In the flyback method, operation up to a specific power load is performed in a mode called a discontinuous conduction mode as shown in FIG. However, when the electric power is exceeded, it operates in a continuous conduction mode as shown in FIG. 9 (b). In the discontinuous conduction mode shown in FIG. 9A, the current flowing through the switching element gradually increases from the zero point during the on period (Ton). Then, after reaching the peak point, it is turned off, and becomes zero level during the off period. Note that the waveform of this current (I) is expressed by equation (1) and is proportional to the input voltage.

I=VDC/Lp・t …… (1)
ここでVDCは入力交流電圧を整流平滑後のDC電圧、Lpはトランスの1次インダクタンス、tはスイッチング素子のオン後の経過時間である。VDCは入力電圧Vinとおおよそ次の関係、VDC=1.4Vinがある。従って、式(1)は次のように表される。
I = V DC / Lp · t (1)
Here, VDC is the DC voltage after rectifying and smoothing the input AC voltage, Lp is the primary inductance of the transformer, and t is the elapsed time after the switching element is turned on. V DC has approximately the following relationship with the input voltage V in , V DC = 1.4 V in . Therefore, Formula (1) is expressed as follows.

I=1.4Vin/Lp・t …… (2)
つまり、電流Iの傾きは入力電圧Vinに比例する結果となり、AC200V時の電流増加の傾きはAC100V時の2倍となる。
I = 1.4V in / Lp · t (2)
In other words, the gradient of the current I becomes a result that is proportional to the input voltage V in, the slope of current increase when AC200V is twice the time of AC100V.

一方、連続伝導モードでは、図9(b)に示すように、オン期間の初期電流がゼロからではなく、あるオフセットをもって増加し始める。次に、不連続伝導モードと連続伝導モードについて、図10に示すB−H曲線に関連付けて説明する。   On the other hand, in the continuous conduction mode, as shown in FIG. 9B, the initial current in the ON period starts to increase with a certain offset, not from zero. Next, the discontinuous conduction mode and the continuous conduction mode will be described in relation to the BH curve shown in FIG.

<B−H曲線の説明>
図10に示すB−H曲線は、周知のようにH(磁界)とB(磁束密度)の関係を示す。コアが磁化されていない初期状態(O点)から磁界を印加していくにつれ、磁束密度Bは増加していき、最終的に飽和点Pに達する。このときの磁束密度Bsを飽和磁束密度と呼ぶ。その後、磁界が減少していくと磁束密度も減少するが、磁界がゼロになっても磁束密度はゼロにはならず、残留磁束密度Br0が残留する。さらに逆方向に磁界を印加していくと、やがて磁束密度がゼロとなる。このときの磁界の強さ(Hc)を保持力と呼ぶ。その後、さらに磁界を強めていくと、Q点で磁束密度が飽和する。このときの磁束密度は−Bsである。再度磁界を弱めていくと、磁界がゼロのときに残留磁束密度−Brが残留し、その後、再度正方向の磁界を印加していくことで、保持力Hcのときに磁束密度がゼロとなり、さらに磁界を強めていくと、再度飽和点Pに達する。
<Description of BH curve>
The BH curve shown in FIG. 10 shows the relationship between H (magnetic field) and B (magnetic flux density) as is well known. As the magnetic field is applied from the initial state where the core is not magnetized (point O), the magnetic flux density B increases and finally reaches the saturation point P. The magnetic flux density Bs at this time is called a saturation magnetic flux density. Thereafter, as the magnetic field decreases, the magnetic flux density also decreases. However, even when the magnetic field becomes zero, the magnetic flux density does not become zero, and the residual magnetic flux density Br 0 remains. When a magnetic field is further applied in the opposite direction, the magnetic flux density eventually becomes zero. The strength (Hc) of the magnetic field at this time is called holding force. Thereafter, when the magnetic field is further increased, the magnetic flux density is saturated at the Q point. The magnetic flux density at this time is -Bs. When the magnetic field is weakened again, the residual magnetic flux density -Br remains when the magnetic field is zero, and then the magnetic flux density becomes zero when the holding force Hc is applied by applying a positive magnetic field again. When the magnetic field is further increased, the saturation point P is reached again.

このようにB−H曲線はヒステリシス特性を有し、ヒステリシスで囲まれた面積がトランスのコアによる熱損失となる。   Thus, the BH curve has a hysteresis characteristic, and the area surrounded by the hysteresis is a heat loss due to the core of the transformer.

ところで、フライバック方式では、両方向に磁界が印加されるプッシュプル方式などとは異なり、一方向の磁界しか印加されない。従って、フライバック方式の実際の動作は、図10に示すB−H曲線の第1象限だけを利用するものと言える。   By the way, unlike the push-pull method in which a magnetic field is applied in both directions, the flyback method applies only a magnetic field in one direction. Therefore, it can be said that the actual operation of the flyback method uses only the first quadrant of the BH curve shown in FIG.

次に、図9に関連して上述した不連続伝導モードと連続伝導モードと、図10に示すB−H曲線との相関について説明する。   Next, the correlation between the discontinuous conduction mode and the continuous conduction mode described above with reference to FIG. 9 and the BH curve shown in FIG. 10 will be described.

図9(a)で示した不連続伝導モードは、図10のB−H曲線のX0領域で動作しており、磁束密度が残留磁束密度Br0と最大磁束密度Bm0との間で変化する。図10において、この磁束密度の変化がΔB0で示される。つまり、不連続伝導モードでは、磁界Hがゼロまでリセットされて、励磁が繰り返される。換言すると、不連続伝導モードでは、スイッチング素子のターンオン期間にトランスの1次巻線に蓄積されたエネルギーが、ターンオフ期間に完全に2次巻線により放出された後に、次のサイクルが再開される。 The discontinuous conduction mode shown in FIG. 9A operates in the X0 region of the BH curve of FIG. 10, and the magnetic flux density changes between the residual magnetic flux density Br 0 and the maximum magnetic flux density Bm 0. . In FIG. 10, this change in magnetic flux density is indicated by ΔB 0 . That is, in the discontinuous conduction mode, the magnetic field H is reset to zero and the excitation is repeated. In other words, in the discontinuous conduction mode, the energy accumulated in the primary winding of the transformer during the turn-on period of the switching element is completely released by the secondary winding during the turn-off period, and then the next cycle is resumed. .

一方、図9(b)で示した連続伝導モードは図10のX1領域で動作し、磁束密度が残留磁束密度Br1と最大磁束密度Bm1との間で変化する。図10において、この磁束密度の変化がΔB1で示される。つまり、連続伝導モードでは、磁界Hがゼロまでリセットされない状態で、次の励磁が繰り返される。言い換えれば、不連続伝導モードでは、スイッチング素子のターンオン期間にトランスの1次巻線に蓄積されたエネルギーが、ターンオフ期間に2次巻線により完全には放出されることなく、次のサイクルが再開される。 On the other hand, the continuous conduction mode shown in FIG. 9B operates in the X1 region of FIG. 10, and the magnetic flux density changes between the residual magnetic flux density Br 1 and the maximum magnetic flux density Bm 1 . In FIG. 10, this change in magnetic flux density is indicated by ΔB 1 . That is, in the continuous conduction mode, the next excitation is repeated in a state where the magnetic field H is not reset to zero. In other words, in the discontinuous conduction mode, the energy accumulated in the primary winding of the transformer during the turn-on period of the switching element is not completely released by the secondary winding during the turn-off period, and the next cycle resumes. Is done.

さて次に、不連続伝導モードと連続伝導モードの各場合において、トランスが生成するエネルギーについて説明する。不連続伝導モードの場合の生成エネルギーは式(3)で表される。   Next, energy generated by the transformer in each case of the discontinuous conduction mode and the continuous conduction mode will be described. The generated energy in the discontinuous conduction mode is expressed by Equation (3).

E=(1/2)・f・Lp・(Ip2) ……(3)
ここで、fはスイッチング周波数、Lpはトランスの1次巻線のインダクタンス、Ipは1次巻線に流れる電流ピーク値であり、図9ではIp1、Ip2として示される。
E = (1/2) · f · Lp · (Ip 2 ) (3)
Here, f is the switching frequency, Lp is the inductance of the primary winding of the transformer, and Ip is the peak value of the current flowing through the primary winding, which are shown as Ip1 and Ip2 in FIG.

一方、連続伝導モードの場合の生成エネルギーは、式(4)で表される。   On the other hand, the generated energy in the case of the continuous conduction mode is expressed by Expression (4).

E=(1/2)・f・Lp・(Ip2−Iq2) ……(4)
ここで、Iqは図9ではIq1、Iq2として示され、ターンオン時のオフセット電流を示す。もしも、重負荷の場合であっても不連続伝導モードを実現しようとすると、トランスのサイズ(即ち、コアサイズ)を大きくしなければならず、コスト面、スペース面などから実用性がないものとなってしまう。
E = (1/2) · f · Lp · (Ip 2 −Iq 2 ) (4)
Here, Iq is shown as Iq1 and Iq2 in FIG. 9 and indicates an offset current at the time of turn-on. If a discontinuous conduction mode is to be realized even under heavy loads, the size of the transformer (ie, core size) must be increased, which is not practical due to cost and space requirements. turn into.

次に、式(4)で表される連続伝導モードが、重負荷に対応した大きなエネルギーを生成できる理由について、簡単に説明する。   Next, the reason why the continuous conduction mode represented by the formula (4) can generate large energy corresponding to a heavy load will be briefly described.

図9(b)に示されるように、ターンオン時のオフセット電流Iqはピーク電流Ipに比べてかなり小さく、通常過電流保護機能がかかるポイントにおいても、IqをIpの2分の1程度に設計する。さて、式(4)はIpとIqの二乗差をファクタとしているため、Iqによる減分の影響は実際には25%程度に過ぎず、結果的に、Iqによる減分を差し引いても、Ipを増加させれば大きなエネルギーを生成することができる。このことが、連続伝導モードにより、適度なサイズのトランスを使用して、大きなエネルギーを生成できる所以である。   As shown in FIG. 9B, the offset current Iq at turn-on is considerably smaller than the peak current Ip, and Iq is designed to be about half of Ip even at a point where the overcurrent protection function is normally applied. . Now, since the equation (4) uses the square difference between Ip and Iq as a factor, the effect of decrement by Iq is actually only about 25%. As a result, even if the decrement by Iq is subtracted, Ip If the value is increased, a large energy can be generated. This is why the continuous conduction mode can generate a large amount of energy using a moderately sized transformer.

ところで、過電流保護動作は重負荷の時に、即ち、連続伝導モードで発生するように設計されるため、過電流保護動作を正確に実現するには、制御IC内に式(4)を実現する回路を設ける必要がある。しかしながら、式(4)を実現することは実際には極めて困難であり、実際には一般的に、オフセット成分Iqを無視して過電流検出が行われる。即ち、ピーク電流Ipだけを検出し、過電流か否かを検出するわけである。この場合、前述のように、オフセット成分Iqに起因する約25%程度のファクタを無視することになるため、所望の結果から大きな誤差を生じてしまう。   By the way, since the overcurrent protection operation is designed to occur at a heavy load, that is, in the continuous conduction mode, the expression (4) is realized in the control IC in order to accurately realize the overcurrent protection operation. It is necessary to provide a circuit. However, it is actually very difficult to realize the equation (4). In practice, overcurrent detection is generally performed while ignoring the offset component Iq. That is, only the peak current Ip is detected to detect whether or not it is an overcurrent. In this case, as described above, a factor of about 25% due to the offset component Iq is ignored, so that a large error occurs from a desired result.

こうした誤差を低減するために、これまでにも制御ICとは別に外部回路を設け、オフセット電流Iqに相当する補正を行う工夫が提案されてはいる。しかしながら、こうした工夫も、例えば、(1)過電流検出電圧の誤検出につながりうるダイナミックレンジの低下、或は、(2)補正に起因する消費電力の増加(即ち、省エネレベルの悪化)など、二次弊害を生じかねない。   In order to reduce such an error, a device has been proposed so far in which an external circuit is provided separately from the control IC and correction corresponding to the offset current Iq is performed. However, such contrivances also include, for example, (1) a decrease in dynamic range that can lead to erroneous detection of an overcurrent detection voltage, or (2) an increase in power consumption due to correction (ie, a deterioration in energy saving level). It can cause secondary harm.

さらに正確な過電流検出を困難にしている別の原因として、制御ICによる過電流検出時点から実際の保護動作に至る時間遅延がある。この点について、図11を参照して説明する。   Another cause that makes accurate overcurrent detection difficult is a time delay from the overcurrent detection time by the control IC to the actual protection operation. This point will be described with reference to FIG.

図11において、上側の電流変化は入力がAC100Vの場合、下側の電流変化は入力AC200Vの場合のトランス1次巻線に流れる電流、従って、スイッチング素子(図8のTr1)に流れる電流を示している。前述のように、電流の傾きはAC200Vでは、AC100Vの場合のそれの2倍となる。AC100Vの場合を参照して、制御ICは図11のIp1Aに達した時点に過電流を検出し、スイッチング素子をターンオフしようとする。しかしながら、実際には検出の瞬間から実際にスイッチング素子の駆動信号をオフするまでに時間遅延Δtが存在し、そのために実際にスイッチング素子がオフされる時点の電流はIp1Bとなる。つまり、Ip1BとIp1Aの差分ΔI1だけ、ターンオフ時の電流が所望のピーク電流値よりも大きくなってしまい、その分だけ過電流が増えてしまう。 In FIG. 11, the upper current change is the current flowing in the transformer primary winding when the input is AC 100V, and the lower current change is the current flowing in the switching element (Tr 1 in FIG. 8) when the input is AC 200V. Show. As described above, the slope of the current is 200 times AC 200 times that of AC 100 V. Referring to the case of AC 100 V, the control IC detects an overcurrent when it reaches Ip 1A in FIG. 11, and tries to turn off the switching element. However, in practice, there is a time delay Δt from the moment of detection to the time when the drive signal of the switching element is actually turned off. Therefore, the current when the switching element is actually turned off is Ip 1B . That is, the current at turn-off becomes larger than the desired peak current value by the difference ΔI 1 between Ip 1B and Ip 1A , and the overcurrent increases accordingly.

一方、AC200Vの時にもこうした遅延は同様に発生し、その遅延時間ΔtはAC100Vと同じである。このため、電流の傾きがAC100V時の2倍と大きい分、ピーク電流の増分ΔI2もΔI1の2倍となる。即ち、式(5)に示すようになる。   On the other hand, such a delay occurs similarly in the case of AC 200 V, and the delay time Δt is the same as AC 100 V. For this reason, since the current gradient is as large as twice that of AC 100 V, the peak current increment ΔI 2 is also twice as large as ΔI 1. That is, it becomes as shown in Formula (5).

ΔI2=2ΔI1 …… (5)
式(4)に関連して説明したように、ピーク電流Ipは生成エネルギーにその二乗で寄与するために、AC200V時の過電流保護動作点はAC100V時に比べて、かなり大きな値をとってしまう結果となる。
ΔI 2 = 2ΔI 1 (5)
As described in relation to the equation (4), the peak current Ip contributes to the generated energy by its square, and therefore, the overcurrent protection operating point at 200 VAC is considerably larger than that at 100 VAC. It becomes.

以上のように、市販の制御ICを用いたスイッチング電源では、制御ICによる過電流検出時点から実際の保護動作に至る時間遅延や連続伝導モードの場合の正確な電力シミュレーションの実現困難性などに起因して過電流保護動作点が入力電圧の影響を受ける。このような欠点を解決するために、これまでにも、例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3に開示するような技術が提案されている。   As described above, in a switching power supply using a commercially available control IC, it is caused by the time delay from the overcurrent detection time by the control IC to the actual protection operation or the difficulty of realizing an accurate power simulation in the continuous conduction mode. Thus, the overcurrent protection operating point is affected by the input voltage. In order to solve such drawbacks, techniques disclosed in, for example, Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3 have been proposed so far.

特開8−340672号公報JP-A-8-340672 特開2002−191172号公報JP 2002-191172 A 特開平8−149821号公報JP-A-8-149821 特開平11−178332号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-178332

しかしながら、上記のような従来技術には依然として以下のような欠点がある。   However, the prior art as described above still has the following drawbacks.

特許文献1は、スイッチング素子に流れる電流を検出する検出抵抗に並列に接続されたパワーMOSトランジスタを線形に導通制御することで、検出抵抗値を等価的に可変制御するものである。しかしながら、特許文献1に開示する技術では、そのパワーMOSトランジスタがメインのスイッチング素子並の仕様を有する必要があること、またパワーMOSトランジスタを線形に導通制御するための回路がかなり複雑となるなどの欠点がある。   In Patent Document 1, the detection resistance value is variably controlled by linearly conducting conduction control of a power MOS transistor connected in parallel to a detection resistor that detects a current flowing through a switching element. However, in the technique disclosed in Patent Document 1, the power MOS transistor needs to have the same specifications as the main switching element, and the circuit for linearly controlling the power MOS transistor is considerably complicated. There are drawbacks.

特許文献2は、トランスの補助巻線を使用することにより、マイナス電源を生成するなど、回路が複雑になるという欠点がある。   Patent Document 2 has a drawback that the circuit becomes complicated, such as generation of a negative power source by using an auxiliary winding of a transformer.

特許文献3は、アクティブフィルタの過大電流保護回路を提案しているが、本願発明のフライバック方式とは基本的に技術的な関係がなく、本発明の課題としているフライバック方式の課題に対する何の解決策も提案していない。   Patent Document 3 proposes an overcurrent protection circuit for an active filter. However, there is basically no technical relationship with the flyback method of the present invention, and what is the problem of the flyback method that is the subject of the present invention? No solution has been proposed.

特許文献4は、入力電圧が高くなるに従い、スイッチング周波数を高くすることで、所望の過電流検出を実現するもので、特許文献3と同様に、本発明の課題としているフライバック方式の課題に対する何の解決策も提案していない。   Patent Document 4 realizes a desired overcurrent detection by increasing the switching frequency as the input voltage increases. Similar to Patent Document 3, the problem with the flyback method that is the subject of the present invention is disclosed. No solution is proposed.

本発明は上記従来例に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、商用電源からの入力電圧に依存することなく、過電力や過電流保護動作点をほぼ一様に制御可能なスイッチング電源回路とこれを用いた記録装置を提供すること目的としている。   The present invention has been made in view of the above-described conventional example, and is a switching power supply circuit that can control overpower and overcurrent protection operating points almost uniformly with a simple configuration and without depending on an input voltage from a commercial power supply. And a recording apparatus using the same.

上記目的を達成するために本発明の記録ヘッドは次のような構成からなる。   In order to achieve the above object, the recording head of the present invention has the following configuration.

即ち、電圧の異なる交流の商用電源を入力して整流し、1次側に前記整流された交流電圧を入力して直流電圧に変換し、2次側から前記直流電圧を出力するトランスを備えたスイッチング電源回路であって、前記トランスの1次側に直列に接続され、前記1次側への前記交流電圧の入力を制御するスイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続され前記トランスの1次側の電圧を検出する検出回路と、前記検出回路により検出された電圧に従って利得が変化し、該利得に従って、前記検出回路により検出された電圧を増幅する増幅器と、前記増幅器から出力された電圧に従って、前記スイッチング素子のオンオフを制御する制御回路とを有することを特徴とする。   That is, an AC commercial power supply having a different voltage is input to be rectified, and the rectified AC voltage is input to the primary side to be converted into a DC voltage, and the DC voltage is output from the secondary side. A switching power supply circuit, which is connected in series to the primary side of the transformer and controls the input of the AC voltage to the primary side, and is connected to the switching element and connected to the primary side of the transformer A detection circuit that detects a voltage; a gain that varies according to the voltage detected by the detection circuit; an amplifier that amplifies the voltage detected by the detection circuit according to the gain; and a voltage output from the amplifier according to the voltage. And a control circuit for controlling on / off of the switching element.

また本発明を別の側面から見れば、上記構成のスイッチング電源回路を用いた記録装置を備える。   In another aspect of the present invention, a recording apparatus using the switching power supply circuit having the above configuration is provided.

従って本発明によれば、商用電源の入力電圧に応じて増幅器の利得が実質的に変化する増幅器からの出力電圧に従って、交流電圧の入力を制御するスイッチング素子のオンオフを制御できる。これにより、入力電圧が変化しても、スイッチング素子のオンオフ動作点、即ち、過電力または過電流保護動作点をほぼ一定の維持することができ、装置の安全性を向上させることができる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to control the on / off state of the switching element that controls the input of the AC voltage in accordance with the output voltage from the amplifier whose gain changes substantially in accordance with the input voltage of the commercial power supply. Thereby, even if the input voltage changes, the on / off operation point of the switching element, that is, the overpower or overcurrent protection operation point can be maintained substantially constant, and the safety of the device can be improved.

本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置の構成を示す概観斜視図である。1 is a schematic perspective view illustrating a configuration of an ink jet recording apparatus that is a typical embodiment of the present invention. 図1に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a control configuration of the recording apparatus illustrated in FIG. 1. 本発明の実施例1に従うフライバック方式の電源回路を示す図である。It is a figure which shows the power circuit of the flyback system according to Example 1 of this invention. 制御ICで実行される比較動作を示す図である。It is a figure which shows the comparison operation performed with control IC. 過電流保護動作を説明する図である。It is a figure explaining overcurrent protection operation. 入力商用電圧の違いに応じた過電流検出点の差異について説明する図である。It is a figure explaining the difference in the overcurrent detection point according to the difference in input commercial voltage. 本発明の実施例2に従うフライバック方式の電源回路を示す図である。It is a figure which shows the flyback system power supply circuit according to Example 2 of this invention. 従来のフライバック方式の電源回路の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the power supply circuit of the conventional flyback system. 図9に示す電源回路における、軽負荷時と重負荷時とにおけるトランスの1次側巻線に流れる電流を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a current flowing in the primary winding of the transformer at light load and heavy load in the power supply circuit shown in FIG. 9. トランスのH(磁界)とB(磁束密度)の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between H (magnetic field) and B (magnetic flux density) of a transformer. トランス1次巻線に流れる電流を示す図である。It is a figure which shows the electric current which flows into a transformer primary winding.

以下添付図面を参照して本発明の好適な実施例について、さらに具体的かつ詳細に説明する。ただし、この実施例に記載されている構成要素の相対配置等は、特定の記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described more specifically and in detail with reference to the accompanying drawings. However, the relative arrangement and the like of the constituent elements described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified.

なお、この明細書において、「記録」(「プリント」という場合もある)とは、文字、図形等有意の情報を形成する場合のみならず、有意無意を問わない。さらに人間が視覚で知覚し得るように顕在化したものであるか否かも問わず、広く記録媒体上に画像、模様、パターン等を形成する、または媒体の加工を行う場合も表すものとする。   In this specification, “recording” (sometimes referred to as “printing”) is not limited to the case of forming significant information such as characters and graphics, but may be significant. Furthermore, it also represents a case where an image, a pattern, a pattern, or the like is widely formed on a recording medium or a medium is processed regardless of whether or not it is manifested so that a human can perceive it visually.

また、「記録媒体」とは、一般的な記録装置で用いられる紙のみならず、広く、布、プラスチック・フィルム、金属板、ガラス、セラミックス、木材、皮革等、インクを受容可能なものも表すものとする。   “Recording medium” refers not only to paper used in general recording apparatuses but also widely to cloth, plastic film, metal plate, glass, ceramics, wood, leather, and the like that can accept ink. Shall.

さらに、「インク」(「液体」と言う場合もある)とは、上記「記録(プリント)」の定義と同様広く解釈されるべきものである。従って、記録媒体上に付与されることによって、画像、模様、パターン等の形成または記録媒体の加工、或いはインクの処理(例えば記録媒体に付与されるインク中の色剤の凝固または不溶化)に供され得る液体を表すものとする。   Further, “ink” (sometimes referred to as “liquid”) should be interpreted widely as in the definition of “recording (printing)”. Therefore, by being applied on the recording medium, it is used for formation of images, patterns, patterns, etc., processing of the recording medium, or ink processing (for example, solidification or insolubilization of the colorant in the ink applied to the recording medium). It shall represent a liquid that can be made.

またさらに、「記録要素」とは、特にことわらない限り吐出口ないしこれに連通する液路およびインク吐出に利用されるエネルギーを発生する素子を総括して言うものとする。   Furthermore, unless otherwise specified, the “recording element” collectively refers to an ejection port or a liquid path communicating with the ejection port and an element that generates energy used for ink ejection.

<インクジェット記録装置の説明(図1)>
図1は本発明の代表的な実施例であるインクジェット記録装置1の構成の概要を示す外観斜視図である。
<Description of Inkjet Recording Apparatus (FIG. 1)>
FIG. 1 is an external perspective view showing an outline of the configuration of an ink jet recording apparatus 1 which is a typical embodiment of the present invention.

図1に示すように、インクジェット記録装置(以下、記録装置)はインクジェット方式に従ってインクを吐出して記録を行なうインクジェット記録ヘッド(以下、記録ヘッド)3をキャリッジ2に搭載し、キャリッジ2を矢印A方向に往復移動させて記録を行う。記録紙などの記録媒体Pを給紙機構5を介して給紙し、記録位置まで搬送し、その記録位置において記録ヘッド3から記録媒体Pにインクを吐出することで記録を行なう。   As shown in FIG. 1, an ink jet recording apparatus (hereinafter referred to as a recording apparatus) has an ink jet recording head (hereinafter referred to as a recording head) 3 that performs recording by discharging ink in accordance with an ink jet system. Recording is performed by reciprocating in the direction. A recording medium P such as recording paper is fed through the paper feeding mechanism 5 and conveyed to a recording position, and recording is performed by discharging ink from the recording head 3 to the recording medium P at the recording position.

記録装置1のキャリッジ2には記録ヘッド3を搭載するのみならず、記録ヘッド3に供給するインクを貯留するインクカートリッジ6を装着する。インクカートリッジ6はキャリッジ2に対して着脱自在になっている。   In addition to mounting the recording head 3 on the carriage 2 of the recording apparatus 1, an ink cartridge 6 for storing ink to be supplied to the recording head 3 is mounted. The ink cartridge 6 is detachable from the carriage 2.

図1に示した記録装置1はカラー記録が可能であり、そのためにキャリッジ2にはマゼンタ(M)、シアン(C)、イエロ(Y)、ブラック(K)のインクを夫々、収容した4つのインクカートリッジを搭載している。これら4つのインクカートリッジは夫々独立に着脱可能である。   The recording apparatus 1 shown in FIG. 1 is capable of color recording. For this reason, the carriage 2 contains four inks containing magenta (M), cyan (C), yellow (Y), and black (K) inks, respectively. An ink cartridge is installed. These four ink cartridges are detachable independently.

この実施例の記録ヘッド3は、熱エネルギを利用してインクを吐出するインクジェット方式を採用している。このため、電気熱変換体を備えている。この電気熱変換体は各吐出口のそれぞれに対応して設けられ、記録信号に応じて対応する電気熱変換体にパルス電圧を印加することによって対応する吐出口からインクを吐出する。   The recording head 3 of this embodiment employs an ink jet system that ejects ink using thermal energy. For this reason, an electrothermal converter is provided. The electrothermal transducer is provided corresponding to each of the ejection ports, and ink is ejected from the corresponding ejection port by applying a pulse voltage to the corresponding electrothermal transducer in accordance with the recording signal.

また、図1に示す例では、記録ヘッド3とインクカートリッジ6とが分離している構成であるが、記録ヘッドとインクカートリッジとが一体となったヘッドカートリッジを用いても良い。   In the example shown in FIG. 1, the recording head 3 and the ink cartridge 6 are separated, but a head cartridge in which the recording head and the ink cartridge are integrated may be used.

<インクジェット記録装置の制御構成(図2)>
図2は図1に示した記録装置の制御構成を示すブロック図である。
<Control Configuration of Inkjet Recording Apparatus (FIG. 2)>
FIG. 2 is a block diagram showing a control configuration of the recording apparatus shown in FIG.

図2に示すように、コントローラ600は、MPU601、ROM602、特殊用途集積回路(ASIC)603、RAM604、システムバス605、A/D変換器606などで構成される。ここで、ROM602は後述する制御シーケンスに対応したプログラム、所要のテーブル、その他の固定データを格納する。ASIC603は、キャリッジモータM1の制御、搬送モータM2の制御、及び、記録ヘッド3の制御のための制御信号を生成する。RAM604は、画像データの展開領域やプログラム実行のための作業用領域等として用いられる。システムバス605は、MPU601、ASIC603、RAM604を相互に接続してデータの授受を行う。A/D変換器606は以下に説明するセンサ群からのアナログ信号を入力してA/D変換し、デジタル信号をMPU601に供給する。   As shown in FIG. 2, the controller 600 includes an MPU 601, a ROM 602, a special purpose integrated circuit (ASIC) 603, a RAM 604, a system bus 605, an A / D converter 606, and the like. Here, the ROM 602 stores a program corresponding to a control sequence to be described later, a required table, and other fixed data. The ASIC 603 generates control signals for controlling the carriage motor M1, the transport motor M2, and the recording head 3. The RAM 604 is used as a development area for image data, a work area for program execution, and the like. A system bus 605 connects the MPU 601, the ASIC 603, and the RAM 604 to each other to exchange data. The A / D converter 606 inputs analog signals from the sensor group described below, performs A / D conversion, and supplies a digital signal to the MPU 601.

また、図2において、610は画像データの供給源となるコンピュータ(或いは、画像読取り用のリーダやデジタルカメラなど)でありホスト装置と総称される。ホスト装置610と記録装置1との間ではインタフェース(I/F)611を介して画像データ、コマンド、ステータス信号等を送受信する。この画像データは、例えば、ラスタ形式で入力される。   In FIG. 2, reference numeral 610 denotes a computer (or a reader for image reading, a digital camera, etc.) serving as a supply source of image data, and is collectively referred to as a host device. Image data, commands, status signals, and the like are transmitted and received between the host apparatus 610 and the recording apparatus 1 via an interface (I / F) 611. This image data is input in a raster format, for example.

さらに、620はスイッチ群であり、電源スイッチ621、プリントスイッチ622、回復スイッチ623などから構成される。   Reference numeral 620 denotes a switch group, which includes a power switch 621, a print switch 622, a recovery switch 623, and the like.

630は装置状態を検出するためのセンサ群であり、位置センサ631、温度センサ632等から構成される。   Reference numeral 630 denotes a sensor group for detecting the apparatus state, and includes a position sensor 631, a temperature sensor 632, and the like.

さらに、640はキャリッジ2を矢印A方向に往復走査させるためのキャリッジモータM1を駆動させるキャリッジモータドライバ、642は記録媒体Pを搬送するための搬送モータM2を駆動させる搬送モータドライバである。また、644はコントローラ600から転送される記録データや制御信号に基づいて記録ヘッドを駆動するヘッドドライバである。   Further, 640 is a carriage motor driver that drives a carriage motor M1 for reciprocating scanning of the carriage 2 in the direction of arrow A, and 642 is a conveyance motor driver that drives a conveyance motor M2 for conveying the recording medium P. Reference numeral 644 denotes a head driver that drives the recording head based on recording data and control signals transferred from the controller 600.

ASIC603は、記録ヘッド3による記録走査の際に、RAM604の記憶領域に直接アクセスしながら記録ヘッドに対して記録素子(吐出用のヒータ)を駆動するためのデータを転送する。   The ASIC 603 transfers data for driving a recording element (ejection heater) to the recording head while directly accessing the storage area of the RAM 604 during recording scanning by the recording head 3.

スイッチング電源回路650は交流の商用電源の周波数が50Hz〜60Hzで電圧が100V〜240Vの交流電圧を入力し、記録装置の各部に直流(DC)電圧を供給するスイッチング電源回路である。   The switching power supply circuit 650 is a switching power supply circuit that inputs an AC voltage having an AC commercial power supply frequency of 50 Hz to 60 Hz and a voltage of 100 V to 240 V and supplies a direct current (DC) voltage to each unit of the recording apparatus.

次に、以上の構成の記録装置が用いる電源回路の実施例について説明する。   Next, an embodiment of a power supply circuit used by the recording apparatus having the above configuration will be described.

図3は本発明の実施例1に従うフライバック方式の電源回路の構成を示す図である。この電源回路はユニバーサル電源に対応しており、入力電圧範囲はAC100〜240Vである。入力電圧はブリッジダイオードBD1により整流され、その後電解コンデンサC1により平滑化され直流(DC)となる。平滑化された直流電圧は、トランスT1の1次側に入力され、トランスT1及びスイッチング素子Q1(ここではMOSFET)を通じてスイッチングされ、トランスT1の2次側に所望のDC電圧Voが生成される。さらにVoは破線で囲まれたフィードバック回路300を通じて、一定電圧に維持されるように制御される。   FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a flyback power supply circuit according to the first embodiment of the present invention. This power supply circuit corresponds to a universal power supply, and the input voltage range is AC100 to 240V. The input voltage is rectified by the bridge diode BD1, and then smoothed by the electrolytic capacitor C1 to be a direct current (DC). The smoothed DC voltage is input to the primary side of the transformer T1 and switched through the transformer T1 and the switching element Q1 (here, MOSFET), and a desired DC voltage Vo is generated on the secondary side of the transformer T1. Further, Vo is controlled to be maintained at a constant voltage through a feedback circuit 300 surrounded by a broken line.

フィードバック回路300は、誤差検出・増幅回路301とフォトカプラIC302とから構成される。フォトカプラIC302の出力信号FBは制御IC400内で基準信号REFと比較される。   The feedback circuit 300 includes an error detection / amplification circuit 301 and a photocoupler IC 302. The output signal FB of the photocoupler IC 302 is compared with the reference signal REF in the control IC 400.

図4はこの比較の様子を示す図である。図4に示すように、基準信号REFは三角波(または鋸波)であり、その周波数はスイッチング素子Q1のオンオフのスイッチング周波数fに等しい。一方、フォトカプラIC302の出力信号FBは、2次側の負荷電流が大きくなると上昇し、逆に負荷電流が小さくなると低下する。そして、両者の信号の比較結果が、スイッチング素子Q1の駆動信号DRVとして出力される。駆動信号DRVは抵抗R2を介してスイッチング素子Q1、ここではMOSFETのゲートに印加される。なお、抵抗R2に並列接続されるダイオードD1は、スイッチング素子Q1のオフ時にその少数キャリアの解消を促進し、オフ時間を短縮する役目を果たす。   FIG. 4 is a diagram showing a state of this comparison. As shown in FIG. 4, the reference signal REF is a triangular wave (or a sawtooth wave), and its frequency is equal to the on / off switching frequency f of the switching element Q1. On the other hand, the output signal FB of the photocoupler IC 302 increases when the secondary side load current increases, and conversely decreases when the load current decreases. Then, a comparison result between the two signals is output as a drive signal DRV for the switching element Q1. The drive signal DRV is applied to the switching element Q1, here the gate of the MOSFET, via the resistor R2. The diode D1 connected in parallel to the resistor R2 serves to promote the elimination of minority carriers when the switching element Q1 is turned off, and to shorten the off time.

図4から明らかなように、駆動信号DRVの周期T1では信号FBのレベルが低い、即ち、負荷電流が小さいので、駆動信号DRVのオン期間(DRVのハイレベル期間)が短い。これに対し、周期T2では信号FBのレベルが高い、従って、負荷電流が増えたために、駆動信号DRVのオン期間が長くなっている。このように、2次側の負荷電流の変動により信号FBのレベルが変化し、これによりスイッチング素子Q1の駆動信号DRVのオン期間が制御され、結果的に出力電圧Voが一定になるように制御される。   As is clear from FIG. 4, in the cycle T1 of the drive signal DRV, the level of the signal FB is low, that is, the load current is small, so that the ON period (DRV high level period) of the drive signal DRV is short. On the other hand, in the period T2, the level of the signal FB is high. Therefore, the load current is increased, so that the ON period of the drive signal DRV is long. As described above, the level of the signal FB changes due to the change in the load current on the secondary side, and thereby, the ON period of the drive signal DRV of the switching element Q1 is controlled, and as a result, the output voltage Vo is controlled to be constant. Is done.

図3に戻り説明を続けると、図の破線で囲んだ回路100は、スイッチング素子Q1に流れる電流のレベルを検出する検出回路である。また、回路200は回路100の出力を受けてトリガされるサイリスタ回路である。このサイリスタ回路がトリガされると、ダイオードD2を通じて、スイッチング素子Q1のゲート信号を強制的にローレベルに引き込み、スイッチング素子Q1を永久的にオフする役目を果たす。いわば、このサイリスタ回路はスイッチング素子Q1の動作を制御する制御回路としての役目を果たす。   Returning to FIG. 3 and continuing the description, the circuit 100 surrounded by a broken line in the figure is a detection circuit that detects the level of the current flowing through the switching element Q1. The circuit 200 is a thyristor circuit triggered by receiving the output of the circuit 100. When this thyristor circuit is triggered, the gate signal of the switching element Q1 is forcibly pulled to a low level through the diode D2, and the switching element Q1 is permanently turned off. In other words, this thyristor circuit serves as a control circuit for controlling the operation of the switching element Q1.

まず、回路100について説明する。スイッチング素子Q1に流れる電流は、抵抗R1によって検出される。抵抗R1に発生する電圧が抵抗R3を介して増幅器(IC)101の一方の入力である(+)入力に入力され、その後、増幅器101の利得Aに従って増幅される。利得Aは増幅器の他方の入力である反転(−)入力に接続される幾つかの抵抗により決定され、この実施例では抵抗R6、R7、R8がそれに関連付けられる。従って、増幅器(IC)101はこの実施例では差動増幅器として動作する。さらに、抵抗R6は商用電源の入力電圧がAC200Vの場合には、トランジスタQ2によってバイパスされるため、そのときは利得Aには寄与せず、結果的にAC100Vの場合だけ利得Aに寄与することになる。   First, the circuit 100 will be described. The current flowing through the switching element Q1 is detected by the resistor R1. The voltage generated in the resistor R1 is input to the (+) input which is one input of the amplifier (IC) 101 via the resistor R3, and then amplified according to the gain A of the amplifier 101. Gain A is determined by several resistors connected to the other input of the amplifier, the inverting (-) input, in this embodiment resistors R6, R7, R8 are associated therewith. Therefore, the amplifier (IC) 101 operates as a differential amplifier in this embodiment. Furthermore, since the resistor R6 is bypassed by the transistor Q2 when the input voltage of the commercial power supply is 200 VAC, it does not contribute to the gain A at that time, and consequently contributes to the gain A only in the case of 100 VAC. Become.

この点について詳細に説明する。即ち、商用電源の入力電圧がAC100Vの場合、電解コンデンサC1のプラス側電圧(図中のノード150)は約DC135V程度となる。また、ツエナーダイオードZD1はそのツエナー電圧を例えば200Vに選択すると、ノード150の電圧がDC135Vの場合にはカットオフ状態となる。このため、ツエナーダイオードZD1に直列に接続される抵抗R4とR5には電流が流れないため、トランジスタQ2はオフ状態となる。従って、商用電源の入力電圧がAC100Vの場合には、トランジスタQ2がオフとなり、増幅器(IC)101の利得Aは式(6)に示すようになる。   This point will be described in detail. That is, when the input voltage of the commercial power supply is AC100V, the positive side voltage (node 150 in the figure) of the electrolytic capacitor C1 is about DC135V. Further, when the Zener diode ZD1 selects the Zener voltage of, for example, 200V, the Zener diode ZD1 is cut off when the voltage of the node 150 is DC135V. Therefore, no current flows through the resistors R4 and R5 connected in series with the Zener diode ZD1, so that the transistor Q2 is turned off. Therefore, when the input voltage of the commercial power supply is AC 100 V, the transistor Q2 is turned off, and the gain A of the amplifier (IC) 101 is as shown in Expression (6).

A = R8/(R6+R7) …… (6)
一方、商用電源の入力電圧がAC200Vの場合には、ノード150の電圧が約DC270V程度となり、ツエナーダイオードZD1のツエナー電圧200Vよりも高くなる。このため、ツエナーダイオードZD1を通じて抵抗R4、R5に電流が流れ、トランジスタQ2がオンする。その結果、抵抗R6がトランジスタQ2によりバイパスされることになる。従って、商用電源の入力電圧がAC200Vの場合の増幅器(IC)101の利得Aは式(7)に示すようになる。
A = R8 / (R6 + R7) (6)
On the other hand, when the input voltage of the commercial power supply is AC200V, the voltage at the node 150 is about DC270V, which is higher than the Zener voltage 200V of the Zener diode ZD1. For this reason, a current flows through the resistors R4 and R5 through the Zener diode ZD1, and the transistor Q2 is turned on. As a result, the resistor R6 is bypassed by the transistor Q2. Therefore, the gain A of the amplifier (IC) 101 when the input voltage of the commercial power supply is 200 VAC is as shown in Expression (7).

A = R8/R7 …… (7)
式(6)と式(7)とを比較すると明らかなように、この実施例では、商用電源の入力電圧がAC200Vの場合の利得Aは、AC100Vの場合よりも大きくなることが分かる。このことは、即ち、抵抗R1に流れる電流が同じであっても、増幅器(IC)101の出力(図中のノード160)に現れる電圧は、AC200Vの場合のほうがAC100Vの場合に比べて大きいことを意味する。
A = R8 / R7 (7)
As can be seen from a comparison between Equation (6) and Equation (7), in this embodiment, it can be seen that the gain A when the input voltage of the commercial power supply is 200 VAC is larger than that when 100 VAC. This means that even when the current flowing through the resistor R1 is the same, the voltage appearing at the output of the amplifier (IC) 101 (node 160 in the figure) is larger in the case of AC200V than in the case of AC100V. Means.

なお、ノード160の電圧は抵抗R9とR10とにより分圧されて、後段のラッチ回路(図中、破線で囲まれた回路200)に伝達される。
上述のように、ラッチ回路200は基本的にサイリスタ回路であり、2個のトランジスタQ3とQ4とから構成される。図中ノード170として示されるトランジスタQ3のベース電圧が約0.6Vを上回るとトランジスタQ3がオンし、その瞬間、PNPトランジスタQ4もオンし、その後、トランジスタQ3とQ4の両者は永久的にオン状態を維持する。この実施例では、サイリスタ回路200がオンすると、ダイオードD2を介してスイッチング素子Q1のゲート電圧が強制的にローレベルに引っ張られ、それ以降、スイッチング素子Q1の駆動は停止する。
Note that the voltage of the node 160 is divided by the resistors R9 and R10 and transmitted to the latch circuit in the subsequent stage (the circuit 200 surrounded by a broken line in the drawing).
As described above, the latch circuit 200 is basically a thyristor circuit, and includes two transistors Q3 and Q4. When the base voltage of the transistor Q3 shown as the node 170 in the figure exceeds about 0.6V, the transistor Q3 is turned on. At that moment, the PNP transistor Q4 is also turned on, and then both the transistors Q3 and Q4 are permanently turned on. To maintain. In this embodiment, when the thyristor circuit 200 is turned on, the gate voltage of the switching element Q1 is forcibly pulled to a low level via the diode D2, and thereafter, the driving of the switching element Q1 is stopped.

以上述べた動作は、図5に示すようにまとめられる。図5に示されているように、スイッチング素子Q1に流れる電流が徐々に増加し、ノード160として示される増幅器(IC)101のピーク出力電圧もそれに伴って増加する。その結果、ノード170として示されるトランジスタQ3のベース電圧が徐々に増加する。そして、トランジスタQ3のトリガレベル、即ち、約0.6Vに達した時点Pで、トランジスタQ3とQ4とから成るサイリスタ回路200がオフ状態からオン状態に遷移し、その後スイッチング素子Q1の駆動が停止する。ここで、トランジスタQ3のトリガ感度は、2個の抵抗R9及びR10と1個のコンデンサC3とから成る時定数回路で決定され、通常、ノイズによる誤作動を回避するために、数10m秒から数100m秒の時定数を有する。従って、図5からも分かるように、スイッチング素子Q1に流れる電流パルスのピーク値が、連続的にある期間大きな値を取り続けない限り、トランジスタQ3はトリガされず、過電流保護動作が作動しない。   The operations described above are summarized as shown in FIG. As shown in FIG. 5, the current flowing through the switching element Q1 gradually increases, and the peak output voltage of the amplifier (IC) 101 shown as the node 160 also increases accordingly. As a result, the base voltage of transistor Q3 shown as node 170 gradually increases. Then, at the time point P when the trigger level of the transistor Q3, that is, about 0.6V is reached, the thyristor circuit 200 composed of the transistors Q3 and Q4 transitions from the off state to the on state, and then the driving of the switching element Q1 stops. . Here, the trigger sensitivity of the transistor Q3 is determined by a time constant circuit including two resistors R9 and R10 and one capacitor C3. Usually, in order to avoid malfunction due to noise, the trigger sensitivity is several tens of milliseconds to several It has a time constant of 100 milliseconds. Therefore, as can be seen from FIG. 5, unless the peak value of the current pulse flowing through the switching element Q1 continues to take a large value for a certain period, the transistor Q3 is not triggered and the overcurrent protection operation does not operate.

次に、図6を参照して、商用電源の入力電圧の違いに応じた過電流検出点の差異について説明する。   Next, with reference to FIG. 6, the difference of the overcurrent detection point according to the difference of the input voltage of a commercial power supply is demonstrated.

図6(a)はAC100V時の電流波形を示す図である。波形91は増幅器(IC)101の出力を示し、波形92はトランジスタQ3の入力電圧、即ち、ノード170の電圧を示す。図6(a)から明らかなように、オン期間Tonには抵抗R9、R10を通じてコンデンサC3が充電され、オフ期間ToffにはコンデンサC3は放電される。しかしながら、IC302のピーク電圧Ip1の上昇に伴い、波形92のレベルは徐々に上昇する。そして、トランジスタQ3のトリガレベルに達すると(P1点)、前述のようにサイリスタ回路200をトリガする。ここで、図6(a)に示されているように、AC100V時のIC101の出力波形の傾きをαとする。 Fig.6 (a) is a figure which shows the current waveform at the time of AC100V. A waveform 91 shows the output of the amplifier (IC) 101, and a waveform 92 shows the input voltage of the transistor Q3, that is, the voltage of the node 170. As is apparent from FIG. 6A, the capacitor C3 is charged through the resistors R9 and R10 during the on period Ton, and the capacitor C3 is discharged during the off period Toff. However, as the peak voltage Ip 1 of the IC 302 increases, the level of the waveform 92 gradually increases. When the trigger level of the transistor Q3 is reached (point P1), the thyristor circuit 200 is triggered as described above. Here, as shown in FIG. 6A, the slope of the output waveform of the IC 101 at AC 100 V is α.

次に、AC200Vの場合、もし増幅器(IC)101の利得がAC100Vの場合と同様、式(6)で与えられると仮定すると、増幅器(IC)101の出力電流は、図6(b)の実線で示される波形93と波形95の結果となる。ここで、IC101の出力波形の傾きは、AC100V時の2倍、従って、2αとなる。また、理論的には、過電流保護動作が作動すべきタイミングは、おおよそピーク電圧Ip2がIp1に等しくなるタイミングである。なぜなら、生成エネルギーは式(4)により与えられ、その大きさは大半がIpにより決定され、Iqが寄与する割合はIpに比べてかなり小さいといえるからである。 Next, in the case of AC200V, assuming that the gain of the amplifier (IC) 101 is given by equation (6) as in the case of AC100V, the output current of the amplifier (IC) 101 is the solid line in FIG. 6 (b). The waveform 93 and the waveform 95 shown in FIG. Here, the slope of the output waveform of the IC 101 is twice that of AC 100 V, and is therefore 2α. Theoretically, the timing at which the overcurrent protection operation should be activated is approximately the timing at which the peak voltage Ip 2 becomes equal to Ip 1 . This is because the generated energy is given by equation (4), the magnitude of which is largely determined by Ip, and the proportion contributed by Iq is considerably smaller than Ip.

ところで、図6(b)から明らかなように、IC101の出力電圧がIp2に達したにも関わらず、トランジスタQ3の入力、即ち、ノード170はトリガレベルに達せずに、P2点に留まっている。この理由は、図6(b)から明らかなように、AC200Vの場合、そのオン期間TonがAC100Vの場合のほぼ2分の1となる反面、オフ期間Toffはより長くなるからである。つまり、充電時間は約半分に短縮される一方で、放電時間はより長くなり、その結果、コンデンサC3の電位がAC100Vの場合のように上昇しないことによる。こうした理由から、もしAC100V時とAC200V時の増幅器の利得が等しい場合、AC200V時の過電流保護動作点はAC100V時のそれと比較して、かなり大きな値を取ることとなり、安全上の問題を引き起こしうる結果となる。 Incidentally, as apparent from FIG. 6 (b), even though the output voltage of IC101 reached Ip 2, the input of the transistors Q3, i.e., the node 170 to not reach the trigger level, remains point P2 Yes. The reason for this is that, as is clear from FIG. 6B, in the case of AC 200V, the on period Ton is approximately one half of that in the case of AC 100V, but the off period Toff is longer. That is, while the charging time is shortened by about half, the discharging time becomes longer, and as a result, the potential of the capacitor C3 does not rise as in the case of AC100V. For these reasons, if the gain of the amplifier at AC100V is equal to that at AC200V, the overcurrent protection operating point at AC200V will be considerably larger than that at AC100V, which may cause a safety problem. Result.

この実施例では、こうした課題を解決するために、AC200V時の増幅器(IC)の101の利得をAC100V時よりも大きな値に設定する手段を備える。具体的には、前述したように、利得決定に関わる複数の抵抗の内の特定のものを、状況に応じてバイパスすることにより、利得を可変制御する。これにより、図6(b)の破線で示した波形94及び96が得られる。波形94は、式(7)で得られる増幅器利得に基づき、ノード160で得られ、波形96はそれに対応するノード170の波形、即ち、トランジスタQ3の入力電圧を示す。   In this embodiment, in order to solve such a problem, there is provided means for setting the gain of the amplifier (IC) 101 at the time of AC 200 V to a value larger than that at the time of AC 100 V. Specifically, as described above, the gain is variably controlled by bypassing a specific one of the plurality of resistors related to the gain determination according to the situation. As a result, waveforms 94 and 96 indicated by broken lines in FIG. 6B are obtained. Waveform 94 is obtained at node 160 based on the amplifier gain obtained in equation (7), and waveform 96 shows the corresponding node 170 waveform, ie, the input voltage of transistor Q3.

このように以上説明した実施例に従えば、バイパスする抵抗R6の値を調整することで、AC200V時の過電流保護動作点を、AC100V時とほぼ同等の値(図中のP3)に設定することが可能になる。これにより、使用する商用電源の入力電圧が高くとも低くとも過電流保護動作点をほぼ一定に維持し、回路、最終的には記録装置そのものを保護することができる。   According to the embodiment described above, the value of the bypass resistor R6 is adjusted to set the overcurrent protection operating point at 200V AC to a value almost equal to that at 100V AC (P3 in the figure). It becomes possible. As a result, even if the input voltage of the commercial power supply used is high or low, the overcurrent protection operating point can be maintained almost constant, and the circuit, and finally the recording apparatus itself can be protected.

このように、スイッチング素子に流れる電流を検出するための増幅器の利得を制御することにより、商用電源の入力電圧に応じて、ほぼ一定の過電力保護動作点または過電流保護動作点を維持することができる。   Thus, by controlling the gain of the amplifier for detecting the current flowing through the switching element, it is possible to maintain an almost constant overpower protection operation point or overcurrent protection operation point according to the input voltage of the commercial power supply. Can do.

なお、増幅器の利得Aは、上述の時定数回路に関連付けられる過電流応答感度などのファクタにも影響されるため、別途シミュレーションや実験により適切に決定されることが望ましい。   Note that the gain A of the amplifier is also affected by factors such as overcurrent response sensitivity associated with the above-described time constant circuit, and therefore it is desirable that the amplifier gain A be appropriately determined through separate simulations and experiments.

図7は本発明の実施例2に従う電源回路の構成を示す図である。なお、図7において、既に図3を参照して説明したのと同じ構成要素には同じ参照番号を付し、その説明は省略する。ここでは、実施例1の場合のように増幅器(IC)101の利得を制御するのではなく利得は一定のままとし、その出力の分割比を制御し、後段のサイリスタ回路200にその結果を伝達することを特徴としている。   FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a power supply circuit according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same components as those already described with reference to FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Here, instead of controlling the gain of the amplifier (IC) 101 as in the case of the first embodiment, the gain remains constant, the division ratio of the output is controlled, and the result is transmitted to the thyristor circuit 200 at the subsequent stage. It is characterized by doing.

以下、この実施例の特徴的な構成と動作について詳細に説明する。   Hereinafter, the characteristic configuration and operation of this embodiment will be described in detail.

実施例1の場合同様、AC200V時にはトランジスタQ2がオン状態となり、その結果、PNPトランジスタQ5もオン状態となり、抵抗R9がバイパスされる。従って、ノード170に現れる電圧レベルVnd3は式(8)で表される。 As in the case of the first embodiment, when the AC voltage is 200 V, the transistor Q2 is turned on. As a result, the PNP transistor Q5 is also turned on, and the resistor R9 is bypassed. Therefore, the voltage level V nd3 appearing at the node 170 is expressed by Expression (8).

nd3={R10/(R10+R16)}・Vnd2 …… (8)
ここで、Vnd2は増幅器(IC)101の出力、即ち、ノード160に現れる電圧を示す。
V nd3 = {R10 / (R10 + R16)} · V nd2 (8)
Here, V nd2 indicates the output of the amplifier (IC) 101, that is, the voltage appearing at the node 160.

一方、AC100V時にはトランジスタQ2はオフ状態のため、トランジスタQ5もオフ状態となり、ノード170に現れる電圧レベルVnd3は式(9)で表わされる。 On the other hand, since transistor Q2 is off at AC 100V , transistor Q5 is also off, and voltage level Vnd3 appearing at node 170 is expressed by equation (9).

nd3={R10/(R9+R10+R16)}・Vnd2 ……(9)
式(8)と式(9)とから、AC200V時にノード170に現れる電圧は除数に抵抗R9のファクタを含まない分、AC100V時のそれに比べて大きくなることが分かる。
V nd3 = {R10 / (R9 + R10 + R16)} · V nd2 (9)
From equations (8) and (9), it can be seen that the voltage appearing at node 170 when AC is 200 V is larger than that when AC is 100 V because the divisor does not include the factor of resistor R9.

従って、以上説明した実施例に従えば、増幅器の出力電圧の分割比を制御することも、実施例1の場合と同様の効果を達成することができる。   Therefore, according to the embodiment described above, controlling the output voltage division ratio of the amplifier can achieve the same effect as in the first embodiment.

このように、スイッチング素子に流れる電流を検出するための増幅器の出力電圧の分割比を制御することにより、商用電源の入力電圧に応じて、ほぼ一定の過電力保護動作点または過電流保護動作点を維持することができる。   In this way, by controlling the division ratio of the output voltage of the amplifier for detecting the current flowing through the switching element, an almost constant overpower protection operation point or overcurrent protection operation point according to the input voltage of the commercial power supply. Can be maintained.

Claims (7)

電圧の異なる交流の商用電源を入力して整流し、1次側に前記整流された交流電圧を入力して直流電圧に変換し、2次側から前記直流電圧を出力するトランスを備えたスイッチング電源回路であって、
前記トランスの1次側に直列に接続され、前記1次側への前記交流電圧の入力を制御するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に接続され前記トランスの1次側の電圧を検出する検出回路と、
前記検出回路により検出された電圧に従って利得が変化し、該利得に従って、前記検出回路により検出された電圧を増幅する増幅器と、
前記増幅器から出力された電圧に従って、前記スイッチング素子のオンオフを制御する制御回路とを有することを特徴とするスイッチング電源回路。
Switching power supply comprising a transformer for inputting and rectifying an AC commercial power supply having a different voltage, inputting the rectified AC voltage to a primary side, converting the DC voltage into a DC voltage, and outputting the DC voltage from a secondary side A circuit,
A switching element connected in series to the primary side of the transformer and controlling the input of the AC voltage to the primary side;
A detection circuit connected to the switching element and detecting a voltage on a primary side of the transformer;
An amplifier whose gain changes according to the voltage detected by the detection circuit and amplifies the voltage detected by the detection circuit according to the gain;
And a control circuit that controls on / off of the switching element in accordance with a voltage output from the amplifier.
前記スイッチング素子はMOSFETであり、
前記制御回路はサイリスタ回路であり、
前記サイリスタ回路の出力が前記MOSFETのゲートに入力され、
前記サイリスタ回路からの出力電圧により前記MOSFETがオンオフすることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。
The switching element is a MOSFET;
The control circuit is a thyristor circuit;
The output of the thyristor circuit is input to the gate of the MOSFET,
2. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the MOSFET is turned on / off by an output voltage from the thyristor circuit.
前記検出回路はツエナーダイオードを含み、
前記増幅器は差動増幅器であり、
前記差動増幅器の1つの入力に前記検出回路によって検出された電圧が入力されることを特徴とする請求項1又は2に記載のスイッチング電源回路。
The detection circuit includes a Zener diode;
The amplifier is a differential amplifier;
3. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein a voltage detected by the detection circuit is input to one input of the differential amplifier.
前記ツエナーダイオードからの出力電圧に従って動作するトランジスタと、
前記差動増幅器の他方の入力に直列に接続される2個の抵抗とをさらに有し、
前記トランジスタは前記2個の抵抗の内の1個の抵抗に並列接続され、前記ツエナーダイオードからの出力電圧に従ってオンオフすることにより、前記並列接続された1個の抵抗に流れる電流をバイパスすることを特徴とする請求項3に記載のスイッチング電源回路。
A transistor that operates according to an output voltage from the Zener diode;
Two resistors connected in series to the other input of the differential amplifier;
The transistor is connected in parallel to one of the two resistors, and is turned on / off according to an output voltage from the Zener diode, thereby bypassing a current flowing through the one resistor connected in parallel. The switching power supply circuit according to claim 3.
前記検出回路はツエナーダイオードを含み、
前記ツエナーダイオードからの出力電圧に従って動作するトランジスタと、
前記増幅器の出力電圧を分圧する2個の抵抗と、
前記2個の抵抗と前記増幅器の出力との間に接続され、前記トランジスタにより動作するトランジスタとをさらに有し、
前記制御回路への出力電圧として前記分圧を接続することを特徴とする請求項2に記載のスイッチング電源回路。
The detection circuit includes a Zener diode;
A transistor that operates according to an output voltage from the Zener diode;
Two resistors for dividing the output voltage of the amplifier;
A transistor connected between the two resistors and the output of the amplifier and operated by the transistor;
The switching power supply circuit according to claim 2, wherein the divided voltage is connected as an output voltage to the control circuit.
前記商用電源の入力電圧が200Vのときに、前記商用電源の入力電圧が100Vの場合に比較して、前記増幅器の利得を大きいことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のスイッチング電源回路。   The gain of the amplifier is larger when the input voltage of the commercial power supply is 200V than when the input voltage of the commercial power supply is 100V. Switching power supply circuit. 請求項1乃至6のいずれか1項に記載のスイッチング電源回路を用いる記録装置。   A recording apparatus using the switching power supply circuit according to claim 1.
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